申请日2018.05.29
公开(公告)日2018.09.28
IPC分类号C02F9/14; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种提高难降解有机废水处理效果的装置和方法，所述装置主要包括UASB反应器、第一生物电化学系统、第二生物电化学系统、第一铁碳微电解池、第二铁碳微电解池、好氧曝气池、沉淀池和废水深度处理池;UASB反应器、第一生物电化学系统的阳极室、第一生物电化学系统的阴极室、第一铁碳微电解池、第二生物电化学系统的阳极室、第二生物电化学系统的阴极室、第二铁碳微电解池、好氧曝气池、沉淀池、废水深度处理池依次相通;废水深度处理池的排污管通过一流量可控管路连接UASB反应器的进水管。本发明适用于难降解有机废水的处理，不仅可提高难降解有机废水的处理效果，而且还降低了成本。
翻译权利要求书
1.一种提高难降解有机废水处理效果的装置，其特征是：
包括UASB反应器、第一生物电化学系统、第二生物电化学系统、第一铁碳微电解池、第二铁碳微电解池、好氧曝气池、沉淀池、废水深度处理池和供电装置;
UASB反应器、第一生物电化学系统的阳极室、第一生物电化学系统的阴极室、第一铁碳微电解池、第二生物电化学系统的阳极室、第二生物电化学系统的阴极室、第二铁碳微电解池、好氧曝气池、沉淀池、废水深度处理池依次相通;
废水深度处理池的排污管通过一流量可控管路连接UASB反应器的进水管;
供电装置用来给第一生物电化学系统和第二生物电化学系统提供电能。
2.如权利要求1所述的提高难降解有机废水处理效果的装置，其特征是：
所述UASB反应器包括筒体(1)以及筒体(1)内的折流挡板(2)、气体收集器(3)、导电材料(4);气体收集器(3)设于筒体(1)上部，导电材料(4)置于筒体(1)下部，折流挡板(2)设于气体收集器(3)和导电材料(4)之间，筒体(1)下端连接进水管(5);
所述第一生物电化学系统包括第一壳体(6)以及第一壳体(6)内的第一阳极电极(7)、第一折射挡板(10)、第一阴极电极(12)、第一空气分布器(13);第一折射挡板(10)位于第一阳极电极(7)和第一阴极电极(12)之间，将第一壳体(6)分隔成阳极室和阴极室;第一空气分布器(13)位于阴极室下方;第一壳体(6)上端设有第一排气管(9)和第二排气管(16)，第一壳体(6)的阴极室下端连接第一排污管(14)，第一排污管(14)通过第一流量控制阀门(15)连接主排污管(61);
所述第一铁碳微电解池包括第二壳体(17)以及第二壳体(17)内的第二折射挡板(18)、第一带孔支撑板(19)、第一铁碳微电解填料(20);第二折射挡板(18)设于第二壳体(17)的进水处，第一带孔支撑板(19)用来承载第一铁碳微电解填料(20);第二壳体(17)上端设有第三排气管(23)，第二壳体(17)下端连接第二排污管(21)，第二排污管(21)通过第二流量控制阀门(22)连接主排污管(61);
所述第二生物电化学系统包括第三壳体(24)以及第三壳体(24)内的第二阳极电极(25)、第三折射挡板(28)、第二阴极电极(29)、第二空气分布器(32);第三折射挡板(28)位于第二阳极电极(25)和第二阴极电极(29)之间，将第三壳体(24)分隔成阳极室和阴极室;第二空气分布器(32)位于阴极室下方;第三壳体(24)上端设有第四排气管(27)和第五排气管(31);第三壳体(24)的阴极室下端连接第三排污管(33)，第三排污管(33)通过第三流量控制阀门(34)连接主排污管(61);
所述第二铁碳微电解池包括第四壳体(35)以及第四壳体(35)内的第四折射挡板(36)、第二带孔支撑板(38)、第二铁碳微电解填料(39);第四折射挡板(36)设于第四壳体(35)的进水处，第二带孔支撑板(38)用来承载第二铁碳微电解填料(39);第四壳体(35)上端设有第六排气管(37)，第四壳体(35)下端连接第四排污管(40)，第四排污管(40)通过第四流量控制阀门(41)连接主排污管(61);
所述好氧曝气池包括第五壳体(42)以及第五壳体(42)内的第五折射挡板(43)、第三空气分布器(44);第五折射挡板(43)设于第五壳体(42)的进水处，第五壳体(42)下端连接第五排污管(45)，第五排污管(45)通过第五流量控制阀门(46)连接主排污管(61);
所述沉淀池包括第六壳体(47)以及第六壳体(47)内设的第一内置水管(48)，第一内置水管(48)连接第五壳体(42);第六壳体(47)下端连接第六排污管(49)，第六排污管(49)通过第六流量控制阀门(50)连接主排污管(61);
所述废水深度处理池包括第七壳体(51)以及第七壳体(51)内设的第二内置水管(52)，第二内置水管(52)连接第六壳体(47);同时，第二内置水管(52)还连接碱液管(55);第七壳体(51)上端设有第七排气管(56)，侧面连接排水管(57)，下端连接第七排污管(53)，第七排污管(53)通过第七流量控制阀门(54)、第二水管(62)、泵(63)连接主进水管(64);
污水出水管(66)通过第九流量控制阀门(65)也连接主进水管(64)，主进水管(64)连接进水管(5);主进水管(64)通过第八流量控制阀门(58)连接搅拌过滤装置(59);搅拌过滤装置(59)连接主排污管(61);搅拌过滤装置(59)还通过第一水管(60)连接筒体(1)。
3.如权利要求2所述的提高难降解有机废水处理效果的装置，其特征是：
所述导电材料为碳布、颗粒活性炭、网状玻璃炭、四氧化三铁、矿物导电材料、氨气改性的碳布、氨气改性的颗粒活性炭或氨气改性的网状玻璃炭。
4.如权利要求2所述的提高难降解有机废水处理效果的装置，其特征是：
所述第一阳极电极和所述第二阳极电极为碳布、颗粒石墨、网状玻璃碳、颗粒活性炭或碳纤维刷。
5.如权利要求2所述的提高难降解有机废水处理效果的装置，其特征是：
所述第一阴极电极和所述第二阴极电极为碳布或碳纤维刷。
6.如权利要求1所述的提高难降解有机废水处理效果的装置，其特征是：
还包括总控制系统，所述总控制系统用来控制进出水量、排污量以及曝气量。
7.如权利要求1所述的提高难降解有机废水处理效果的装置，其特征是：
所述供电装置为太阳能发电装置。
8.一种提高难降解有机废水处理效果的方法，其特征是：
采用权利要求1~7中任一项所述的装置，包括：
(1)有机废水进入UASB反应器进行厌氧消化，以降低有机废水的COD;
(2)UASB反应器的出水进入第一生物电化学系统的阳极室，作为阳极产电微生物生长的营养源，在厌氧环境下阳极产电微生物对有机废水中有机物进行分解代谢;同时，在电辅助作用下，第一生物电化学系统的阴极室原位生成H2O2;
(3)第一生物电化学系统阴极室的出水进入第一铁碳微电解池，利用生成的羟基自由基对有机废水中有机物进行降解;
(4)第一铁碳微电解池的出水进入第二生物电化学系统的阳极室，作为阳极产电微生物生长的营养源，在厌氧环境下阳极产电微生物对有机废水中有机物再次进行分解代谢;同时，在电辅助作用下，第一生物电化学系统的阴极室原位生成H2O2;
(5)第二生物电化学系统阴极室的出水进入第二铁碳微电解池，利用生成的羟基自由基再次对有机废水中有机物进行降解;
(6)第二铁碳微电解池的出水依次经好氧曝气池、沉淀池，以去除降解产生的小分子有机物;
(7)沉淀池的出水进入废水深度处理池，利用铁基电子受体和电活性微生物，对有机废水中有机物进一步进行代谢降解，并将铁基电子受体还原产生的铁基导电材料注入UASB反应器，作为UASB反应器的导电材料。
9.如权利要求8所述的提高难降解有机废水处理效果的方法，其特征是：
所述废水深度处理池中的电活性微生物为异化金属还原菌。
说明书
一种提高难降解有机废水处理效果的装置与方法
技术领域
本发明涉及一种废水处理技术，具体而言，本发明涉及一种提高难降解有机废水处理效果的装置与方法。
背景技术
全球每年产生大量的有机废水，传统的废水生物处理过程不仅需要消耗大量的能量，而且产生大量的污泥，而对污泥的处理费用也很高。因而需要开发效率高和成本低的替代技术。上流式厌氧反应器(UASB)对高浓度有机废水具有很好的处理效果，在处理废水的同时产生生物燃料甲烷，但是其出水的化学需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)较高，达不到排放标准，且对难降解有机物的处理效果差。芬顿氧化处理废水虽然对难降解有机废水具有很好的处理效果，但是需要消耗大量的二价铁盐、酸及H2O2，成本较高，且带进了无机盐二次污染。铁碳微电解处理废水虽解决了二价铁离子的来源，但仍需添加大量的H2O2。
生物电化学系统(Microbial Electrochemical System，MES)是近年迅速发展起来的一种融合了污水处理和产生能源的新技术，可以在对污水进行生物处理的同时获得不同形式的能源，作为污水处理的新工艺。如果利用MES产生具有高氧化还原电位的 H2O2以实现难降解有机物的氧化降解。但是H2O2的氧化能力较自由基的氧化能力低。
发明内容
为了解决传统的UASB、MES及铁碳微电解单独处理有机废水存在的局限性，本发明提供了一种提高难降解有机废水处理效果的装置与方法。
本发明提供的提高难降解有机废水处理效果的装置，包括UASB反应器、第一生物电化学系统、第二生物电化学系统、第一铁碳微电解池、第二铁碳微电解池、好氧曝气池、沉淀池、废水深度处理池和供电装置;
UASB反应器、第一生物电化学系统的阳极室、第一生物电化学系统的阴极室、第一铁碳微电解池、第二生物电化学系统的阳极室、第二生物电化学系统的阴极室、第二铁碳微电解池、好氧曝气池、沉淀池、废水深度处理池依次相通;
废水深度处理池的排污管通过一流量可控管路连接UASB反应器的进水管;
供电装置用来给第一生物电化学系统和第二生物电化学系统提供电能。
作为一种具体实施方式，所述UASB反应器包括筒体1以及筒体1内的折流挡板 2、气体收集器3、导电材料4;气体收集器3设于筒体1上部，导电材料4置于筒体 1下部，折流挡板2设于气体收集器3和导电材料4之间，筒体1下端连接进水管5;
所述第一生物电化学系统包括第一壳体6以及第一壳体6内的第一阳极电极7、第一折射挡板10、第一阴极电极12、第一空气分布器13;第一折射挡板10位于第一阳极电极7和第一阴极电极12之间，将第一壳体6分隔成阳极室和阴极室;第一空气分布器13位于阴极室下方;第一壳体6上端设有第一排气管9和第二排气管16，第一壳体6的阴极室下端连接第一排污管14，第一排污管14通过第一流量控制阀门15连接主排污管61;
所述第一铁碳微电解池包括第二壳体17以及第二壳体17内的第二折射挡板18、第一带孔支撑板19、第一铁碳微电解填料20;第二折射挡板18设于第二壳体17的进水处，第一带孔支撑板19用来承载第一铁碳微电解填料20;第二壳体17上端设有第三排气管23，第二壳体17下端连接第二排污管21，第二排污管21通过第二流量控制阀门22连接主排污管61;
所述第二生物电化学系统包括第三壳体24以及第三壳体24内的第二阳极电极25、第三折射挡板28、第二阴极电极29、第二空气分布器32;第三折射挡板28位于第二阳极电极25和第二阴极电极29之间，将第三壳体24分隔成阳极室和阴极室;第二空气分布器32位于阴极室下方;第三壳体24上端设有第四排气管27和第五排气管 31;第三壳体24的阴极室下端连接第三排污管33，第三排污管33通过第三流量控制阀门34连接主排污管61;
所述第二铁碳微电解池包括第四壳体35以及第四壳体35内的第四折射挡板36、第二带孔支撑板38、第二铁碳微电解填料39;第四折射挡板36设于第四壳体35的进水处，第二带孔支撑板38用来承载第二铁碳微电解填料39;第四壳体35上端设有第六排气管37，第四壳体35下端连接第四排污管40，第四排污管40通过第四流量控制阀门41连接主排污管61;
所述好氧曝气池包括第五壳体42以及第五壳体42内的第五折射挡板43、第三空气分布器44;第五折射挡板43设于第五壳体42的进水处，第五壳体42下端连接第五排污管45，第五排污管45通过第五流量控制阀门46连接主排污管61;
所述沉淀池包括第六壳体47以及第六壳体47内设的第一内置水管48，第一内置水管48连接第五壳体42;第六壳体47下端连接第六排污管49，第六排污管49通过第六流量控制阀门50连接主排污管61;
所述废水深度处理池包括第七壳体51以及第七壳体51内设的第二内置水管52，第二内置水管52连接第六壳体47;同时，第二内置水管52还连接碱液管55;第七壳体51上端设有第七排气管56，侧面连接排水管57，下端连接第七排污管53，第七排污管53通过第七流量控制阀门54、第二水管62、泵63连接主进水管64;
污水出水管66通过第九流量控制阀门65也连接主进水管64，主进水管64连接进水管5;主进水管64通过第八流量控制阀门58连接搅拌过滤装置59;搅拌过滤装置 59连接主排污管61;搅拌过滤装置59还通过第一水管60连接筒体1。
进一步的，所述导电材料为碳布、颗粒活性炭、网状玻璃炭、四氧化三铁、矿物导电材料、氨气改性的碳布、氨气改性的颗粒活性炭或氨气改性的网状玻璃炭。
进一步的，所述第一阳极电极和所述第二阳极电极为碳布、颗粒石墨、网状玻璃碳、颗粒活性炭或碳纤维刷。
进一步的，所述第一阴极电极和所述第二阴极电极为碳布或碳纤维刷。
进一步的，本发明装置还包括总控制系统，所述总控制系统用来控制进出水量、排污量以及曝气量。
进一步的，所述供电装置为太阳能发电装置。
本发明提供的提高难降解有机废水处理效果的方法，采用上述装置，包括：
(1)有机废水进入UASB反应器进行厌氧消化，以降低有机废水的COD;
(2)UASB反应器的出水进入第一生物电化学系统的阳极室，作为阳极产电微生物生长的营养源，在厌氧环境下阳极产电微生物对有机废水中有机物进行分解代谢;同时，在电辅助作用下，第一生物电化学系统的阴极室原位生成H2O2;
(3)第一生物电化学系统阴极室的出水进入第一铁碳微电解池，利用生成的羟基自由基对有机废水中有机物进行降解;
(4)第一铁碳微电解池的出水进入第二生物电化学系统的阳极室，作为阳极产电微生物生长的营养源，在厌氧环境下阳极产电微生物对有机废水中有机物再次进行分解代谢;同时，在电辅助作用下，第一生物电化学系统的阴极室原位生成H2O2;
(5)第二生物电化学系统阴极室的出水进入第二铁碳微电解池，利用生成的羟基自由基再次对有机废水中有机物进行降解;
(6)第二铁碳微电解池的出水依次经好氧曝气池、沉淀池，以去除降解产生的小分子有机物;
(7)沉淀池的出水进入废水深度处理池，利用铁基电子受体和电活性微生物，对有机废水中有机物进一步进行代谢降解，并将铁基电子受体还原产生的铁基导电材料注入UASB反应器，作为UASB反应器的导电材料。
进一步的，所述废水深度处理池中的电活性微生物为异化金属还原菌。
和现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：
本发明结合了一UASB反应器、两生物电化学系统、两铁碳微电解池、一好氧曝气池、一沉淀池和一废水深度处理池，利用UASB反应器对有机废水进行厌氧消化，以降低有机废水的COD，并产生甲烷;利用生物电化学系统去除有机废水中有机污染物，同时还原位生成H2O2，从而为铁碳微电解产生羟基自由基等高氧化活性物质提供了H2O2，在提高污水处理效果的同时，降低了污水处理成本;利用废水深度处理池中生成的氢氧化铁胶体为电子受体，借助异化金属还原菌等电活性微生物，将有机废水中有机物代谢降解而去除，从而进一步降低出水的COD;氢氧化铁胶体还原产生的四氧化三铁导电材料还可进入UASB反应器作为导电材料，以进一步强化UASB反应器的厌氧消化。
本发明同时克服了单独利用UASB反应器、生物电化学系统、铁碳微电解池处理难降解有机废水时存在的不足，不仅提高了难降解有机废水的处理效果，而且降低了成本;另外，处理有机废水的同时所获得的生物燃料甲烷，也可补偿污水处理的成本。
本发明不仅为有效处理有机污水提供了新途径，而且对节能减排和环境治理都具有重要意义。
